Σκουπίδια το ανθρώπινο DNA; Mόλις 8,2% είναι λειτουργικό
Μόλις το 8,2% του ανθρώπινου DNA είναι πιθανό να κάνει κάτι σημαντικό, είναι δηλαδή «λειτουργικό», υποστηρίζουν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, ανατρέποντας προγενέστερη εικόνα.
Το 2012 επιστήμονες που είχαν συμμετάσχει στην κωδικοποποίηση του DNA (Encyclopedia of DNA Elements), είχαν αναφέρει ότι το 80% του γονιδιώματός μας έχει κάποια βιοχημική λειτουργία.
Εκείνη η θεωρία ήταν αμφιλεγόμενη, καθώς πολλοί υποστήριξαν τότε πως ο βιοχημικός ορισμός «λειτουργία» είναι υπερβολικά ευρύς, επειδή μια δραστηριότητα σχετική με το DNA δεν φέρνει κατ’ ανάγκη κάποιο αποτέλεσμα, ενώ για να μιλήσει κανείς για λειτουργικότητα, θα πρέπει να αποδειχθεί ότι η δραστηριότητα που συντελείται έχει κάποια σημασία.
Για να φτάσουν στα συμπεράσματά τους οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης εκεταλλεύτηκαν τη δυνατότητα εξέλιξης για να διακρίνουν ποιες δραστηριότητες έχουν σημασία και ποιες όχι. Εντόπισαν πόσο από το γονιδίωμά μας έχει αποφύγει τη συσσώρευση αλλαγών για πάνω από 100 εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης των θηλαστικών, μια σαφής ένδειξη ότι αυτό το DNA έχει πραγματικά σημασία, έχει δηλαδή κάποια σημαντική λειτουργία που πρέπει να διατηρηθεί.
«Αυτό είναι σε μεγάλο βαθμό το θέμα των διαφορετικών ορισμών για το τι είναι λειτουργικό DNA και τι όχι. Δεν νομίζω ότι τα αποτελέσματά μας είναι στην πραγματικότητα πολύ διαφορετικά από αυτά που θα δει κανείς στην Τράπεζα Κωδικοποίησης Δεδομένων, αν χρησιμοποιήσει τον ίδιο ορισμό για τη λειτουργικότητα του DNA», λέει ο Chris Pointing, κύριος συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής Λειτουργικής Γονιδιωματικής στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.
«Αυτό, όμως, δεν είναι απλά ένα ακαδημαϊκό επιχείρημα για την νεφελώδη λέξη “λειτουργία”. Οι ορισμοί έχουν σημασία. Κατά τον προσδιορισμό της αλληλουχίας των γονιδιωμάτων των ασθενών, αν το DNA ήταν σε μεγάλο βαθμό λειτουργικό, θα έπρεπε να δώσουμε προσοχή σε κάθε μετάλλαξη. Σε αντίθεση, μόλις το 8,2% είναι λειτουργικό, επομένως θα πρέπει να επιλύσουμε το 8,2% των μεταλλάξεων που ανιχνεύονται και αυτό είναι σημαντικό. Από ιατρικής άποψης είναι απαραίτητο για την ερμηνεία του ρόλου της ανθρώπινης γενετικής διακύμανσης της νόσου», εξηγεί.
Τα ευρήματα των επιστημόνων Chris Rands, Stephen Meader, Chris Ponting και Gerton Lunter δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό PLoS Genetics.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια υπολογιστική προσέγγιση για να συγκρίνουν τις πλήρεις αλληλουχίες του DNA των διαφόρων θηλαστικών, από τα ποντίκια, τα ινδικά χοιρίδια και τα κουνέλια, μέχρι τους σκύλους, τα άλογα και τους ανθρώπους.
«Σε όλη την εξέλιξη αυτών των ειδών από τους κοινούς τους προγόνους, οι μεταλλάξεις προκύπτουν στο DNA και η φυσική επιλογή εξουδετερώνει αυτές τις αλλαγές για να κρατήσει τις χρήσιμες αλληλουχίες DNA άθικτες. Βρήκαμε ότι το 8,2% του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι λειτουργικό. Δεν μπορούμε να πούμε, σε ποιο ακριβώς σημείο είναι κάθε κομμάτι από αυτό το 8,2% λειτουργικό, αλλά η προσέγγισή μας είναι σε μεγάλο βαθμό απαλλαγμένη από υποθέσεις. Το υπόλοιπο του γονιδιώματος που απομένει είναι εξελικτικό υλικό που έχει υποστεί ζημίες ή κέρδη στον κώδικα του DNA και συχνά αποκαλείται “άχρηστο” DNA. Εχουμε την τάση και την προσδοκία να θεωρούμε ότι όλο το DNA μας πρέπει να κάνει κάτι. Στην πραγματικότητα μόνο ένα μικρό μέρος του κάνει», λέει ο δρ Gerton Lunter από το Κέντρο Ανθρώπινης Γενετικής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης.
Δεν είναι όλο το 8,2% εξίσου σημαντικό
Λίγο πάνω από 1% του ανθρώπινου DNA αντιπροσωπεύει τις πρωτεΐνες που πραγματοποιούν σχεδόν όλες τις κρίσιμες βιολογικές διαδικασίες στο σώμα. Το άλλο 7% πιστεύεται ότι εμπλέκεται στην ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, σε διαφορετικούς χρόνους, σε απόκριση προς διάφορους παράγοντες και σε διάφορα μέρη του σώματος.
«Οι πρωτεΐνες που παράγονται είναι σχεδόν οι ίδιες σε κάθε κύτταρο στο σώμα μας από τη στιγμή που γεννιόμαστε μέχρι τη στιγμή που θα πεθάνουμε. Ποιες από αυτές πρέπει να ενεργοποιηθούν, σε ποιο σημείο του σώματος και σε ποια χρονική στιγμή, πρέπει να ελεγχθεί και είναι το 7% που κάνει αυτή τη δουλειά», λέει ο δρ Chris Rands, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Στη σύγκριση των γονιδιωμάτων των διαφόρων ειδών, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ενώ τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες είναι πολύ καλά διατηρημένα σε όλα τα θηλαστικά, υπάρχει ένας υψηλότερος «κύκλος εργασιών» της αλληλουχίας του DNA στις ρυθμιστικές περιοχές, καθώς αυτή η αλληλουχία έχει χαθεί και επαναποκτηθεί με την πάροδο του χρόνου.
Θηλαστικά που συνδέονται στενότερα μεταξύ τους έχουν μεγαλύτερη αναλογία κοινών λειτουργικών DNA. Αλλά μόνο το 2,2% του λειτουργικού ανθρώπινου DNA το μοιράζεται ο άνθρωπος από κοινού με τα ποντίκια για παράδειγμα, εξαιτίας του υψηλού κύκλου εργασιών στις ρυθμιστικές περιοχές της αλληλουχίας του DNA για πάνω από 80 εκατομμύρια χρόνια του εξελικτικού διαχωρισμού των δύο συγκεκριμένων ειδών.
«Το ρυθμιστικό DNA είναι πολύ πιο δυναμικό απ’ όσο νομίζαμε αλλά ακόμα κι έτσι οι περισσότερες αλλαγές στο γονιδίωμα περιλαμβάνουν άχρηστο και άνευ σημασίας DNA. Παρόλο που υπάρχει αρκετό λειτουργικό DNA που δεν μοιράζεται μεταξύ ποντικών και ανθρώπων δεν μπορούμε να πούμε αν κάτι είναι νέο και εξηγεί τις διαφορές μας ως είδος ή είναι απλά διαφορετικό σύστημα μεταγωγής γονιδίων που επιτυγχάνει το ίδιο αποτέλεσμα. Είναι σαν να έχεις πολλούς διαφορετικούς διακόπτες σε ένα δωμάτιο για να ανάβεις τα φώτα. Ισως θα μπορούσαμε να ζήσουμε χωρίς κάποιους από τους διακόπτες, αλλά είναι το ίδιο ηλεκτρικό κύκλωμα. Το γεγονός ότι έχουμε μόνο το 2,2% του DNA από κοινού με ποντίκια δεν αποδεικνύει ότι είμαστε τόσο διαφορετικοί. Δεν είναι τόσο ξεχωριστό. Η θεμελιώδης βιολογία μας είναι πολύ παρόμοια. Κάθε θηλαστικό έχει περίπου την ίδια ποσότητα λειτουργικού DNA και περίπου την ίδια κατανομή λειτουργικού DNA που είναι είτε εξαιρετικά σημαντικό, είτε λιγότερο σημαντικό. Βιολογικά, οι άνθρωποι είναι ένα αρκετά συνηθισμένο», καταλήγει ο καθηγητής Pointing.